（滁州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，安徽滁州 239000）

食品機(jī)械設(shè)計(jì)是食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的核心內(nèi)容，隨著食品工業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化、先進(jìn)性、精密性要求的不斷提高，需要更多的專(zhuān)業(yè)人才對(duì)食品機(jī)械進(jìn)行改造或再創(chuàng)造以符合靈活多變的市場(chǎng)需求。日常教學(xué)中，對(duì)于食品機(jī)械設(shè)計(jì)多采用講解和多媒體演示等方式，幫助學(xué)生熟悉現(xiàn)有機(jī)械與設(shè)備的構(gòu)造及應(yīng)用，但對(duì)如何啟發(fā)學(xué)生產(chǎn)生改造性或突破性的創(chuàng)新想法并無(wú)顯著效果。近年來(lái)我們?cè)诮虒W(xué)中嘗試應(yīng)用TRIZ理論，邀請(qǐng)校外行業(yè)專(zhuān)家一起采用工作坊教學(xué)模式，尋找一種有效培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的教學(xué)方法，使學(xué)生能夠主動(dòng)應(yīng)用創(chuàng)新理論解決食品機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題。

一 基于TRIZ理論的工作坊模式教學(xué)思路

TRIZ理論是由前蘇聯(lián)發(fā)明家阿奇舒勒通過(guò)對(duì)近250萬(wàn)份高質(zhì)量發(fā)明專(zhuān)利分析、歸納、匯總、重組后，提出的一種問(wèn)題解決理論，可應(yīng)用于工程技術(shù)、醫(yī)學(xué)、教學(xué)、管理等領(lǐng)域。[1]TRIZ理論是目前唯一能夠提供解決方案的工具包，特別是在思路萌發(fā)和問(wèn)題解決的環(huán)節(jié)，能夠有效幫助研究者產(chǎn)生創(chuàng)新理念從而得到解決方案。Gordon等認(rèn)為機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)想產(chǎn)生在模糊前端階段，將TRIZ理論應(yīng)用于模糊前端階段，構(gòu)建出各類(lèi)設(shè)想模型，最終可得到先進(jìn)性好、可行性高的解決方案，從而為機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)奠定有力的基礎(chǔ)。[2]

“工作坊”概念是由美國(guó)學(xué)者勞倫斯·哈普林（Lawence Harplin）率先提出，自90年代傳入我國(guó)后，因其互動(dòng)性強(qiáng)、開(kāi)放度高、易激發(fā)創(chuàng)新方案等特點(diǎn)成為高校課程教學(xué)爭(zhēng)相嘗試的教學(xué)手段。[3]但目前在應(yīng)用型本科院校食品機(jī)械設(shè)計(jì)類(lèi)課程教學(xué)上的實(shí)際運(yùn)用案例還很少。工作坊模式是將十余名學(xué)生組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)在主持人（高校教師、企業(yè)專(zhuān)家等）的引導(dǎo)下，通過(guò)資料搜集、頭腦風(fēng)暴、小組討論、組間競(jìng)爭(zhēng)等方式共同探討某個(gè)話(huà)題，以得到多個(gè)有效的產(chǎn)品或設(shè)計(jì)方案。

食品機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新一般通過(guò)創(chuàng)新理念設(shè)計(jì)、制造、商業(yè)化三個(gè)階段實(shí)現(xiàn)，而創(chuàng)新理念設(shè)計(jì)又是機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新的核心階段。[4]因此，應(yīng)用TRIZ理論訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維，采用工作坊教學(xué)模式給予不同學(xué)生團(tuán)隊(duì)任務(wù)目標(biāo)，并邀請(qǐng)主題相關(guān)的企業(yè)專(zhuān)家共同指導(dǎo)學(xué)生完善設(shè)計(jì)方案，最終旨在培養(yǎng)創(chuàng)新思維活躍、問(wèn)題解決能力卓越、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力優(yōu)秀的應(yīng)用型食品工程創(chuàng)新人才。

二 基于TRIZ理論的工作坊模式教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

以食品機(jī)械設(shè)計(jì)中殺菌設(shè)備設(shè)計(jì)為例，食品工業(yè)中常見(jiàn)殺菌設(shè)備表面均有密封件，測(cè)量殺菌鍋內(nèi)樣品溫度的探針需從密封件中通入，由此會(huì)影響密封件的密封性，時(shí)有蒸汽泄露現(xiàn)象成為安全隱患。本研究以“改善滅菌鍋密封件的密封性”為例，邀請(qǐng)企業(yè)食品裝備專(zhuān)家共同指導(dǎo)各個(gè)學(xué)生工作坊應(yīng)用TRIZ理論對(duì)密封件系統(tǒng)進(jìn)行分析，擬得到可行性高、安全性強(qiáng)的密封件改造方案。

（二）校企雙師配置及管理

1.企業(yè)專(zhuān)家配置

針對(duì)殺菌設(shè)備改造，可邀請(qǐng)知名殺菌設(shè)備制造企業(yè)的資深工程師。企業(yè)資深工程師一直從事設(shè)備的研發(fā)工作，能給予學(xué)生最貼近市場(chǎng)的實(shí)戰(zhàn)指導(dǎo)。筆者所在食品學(xué)院長(zhǎng)期與滁州及周邊企業(yè)保持良好互動(dòng)關(guān)系，因此可根據(jù)課程內(nèi)容邀請(qǐng)對(duì)應(yīng)的企業(yè)專(zhuān)家開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。

2.校企雙師管理

為保證教學(xué)效果，高校教師需提前與企業(yè)專(zhuān)家溝通謀劃，以發(fā)揮最大作用。具體注意事項(xiàng)如下：

一是課前籌劃。根據(jù)課程主題，高校教師與企業(yè)專(zhuān)家共同設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容銜接自然、避免重復(fù)，科學(xué)有序地分配學(xué)時(shí)。

二是課上指導(dǎo)。各個(gè)學(xué)生工作坊團(tuán)隊(duì)開(kāi)展思考與討論時(shí)，企業(yè)專(zhuān)家和高校教師均要結(jié)合自身知識(shí)體系與經(jīng)驗(yàn)給予學(xué)生啟發(fā)性的指導(dǎo)，而不要直接給出問(wèn)題答案。筆者（周頔）通過(guò)國(guó)內(nèi)創(chuàng)新方法研究會(huì)的培訓(xùn)與考核已獲得創(chuàng)新工程師二級(jí)資質(zhì)，對(duì)TRIZ理論有一定的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，因此我們將側(cè)重指導(dǎo)學(xué)生對(duì)TRIZ理論的理解與掌握；企業(yè)專(zhuān)家將根據(jù)多年市場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)側(cè)重對(duì)學(xué)生所得方案可行性、應(yīng)用性、市場(chǎng)化的把握。此外，校企雙師要相互配合，把控課程節(jié)奏，共同啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，并幫助學(xué)生盡可能地完善產(chǎn)品。

三是評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)。高校教師從方案的創(chuàng)新性、技術(shù)性、完整性等方面給予客觀評(píng)價(jià)，企業(yè)專(zhuān)家從方案的市場(chǎng)化、可行性、合規(guī)性等方面給予客觀評(píng)價(jià)，也可將學(xué)生產(chǎn)品與市場(chǎng)優(yōu)秀成熟產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)。

（三）教學(xué)方式的具體設(shè)計(jì)

針對(duì)“改善滅菌鍋密封件的密封性”這個(gè)問(wèn)題，校企雙師將指導(dǎo)各個(gè)學(xué)生工作坊學(xué)習(xí)，并掌握TRIZ理論中最常用的裁剪分析法和物場(chǎng)分析法的邏輯思維以及基本方法，后由學(xué)生團(tuán)隊(duì)針對(duì)問(wèn)題提出改善方案。具體教學(xué)方式見(jiàn)表1。

表1 教學(xué)方式簡(jiǎn)表

三 基于TRIZ理論的工作坊模式教學(xué)效果

（一）有效激發(fā)創(chuàng)新思維，顯著提升學(xué)生綜合素質(zhì)

基于TRIZ理論，各個(gè)學(xué)生工作坊團(tuán)隊(duì)在企業(yè)專(zhuān)家與高校教師的共同指導(dǎo)下開(kāi)展了主動(dòng)學(xué)習(xí)、問(wèn)題討論等一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)，最終可得到數(shù)種方案。此外，各個(gè)工作坊成員在整個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程中的語(yǔ)言表達(dá)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通交流、匯報(bào)答辯等能力均得到不同程度的提高，有效契合了企業(yè)對(duì)應(yīng)用型高校本科生綜合素質(zhì)的要求?，F(xiàn)將學(xué)生得到的代表性改善方案輯錄如下：

1.裁剪分析法的改善方案

圖1展示的是學(xué)生團(tuán)隊(duì)分析得到的滅菌鍋密封件的各個(gè)組件及其功能圖。系統(tǒng)中的方矩圖框代表組件，實(shí)線箭頭代表組件之間有益作用的方向，虛線箭頭代表組件之間有害作用的方向，箭頭上的文字代表組件與組件之間的作用關(guān)系。根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，對(duì)價(jià)值低、功能類(lèi)似、具有害功能或離系統(tǒng)作用對(duì)象最遠(yuǎn)僅提供輔助功能的組件進(jìn)行裁剪，用叉型符號(hào)標(biāo)注。

圖1 密封件系統(tǒng)裁剪前組件模型圖

通過(guò)對(duì)圖1蒸汽滅菌鍋密封件系統(tǒng)裁剪分析，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)中可將大螺帽蓋、大螺帽身、螺栓、內(nèi)部螺帽均裁剪掉，四孔橡膠圈和空心橡膠圈實(shí)現(xiàn)自我壓緊，二者相連阻隔水蒸氣實(shí)現(xiàn)密封。通過(guò)系統(tǒng)裁剪分析后，得到的新方案為將原有密封件改裝為新密封件，其形狀上設(shè)計(jì)為中間有兩層圓片狀吸盤(pán)式橡膠墊、上下為中心有孔的圓柱形橡膠塞，并使用時(shí)上層圓墊用耐高溫密封膠粘結(jié)在滅菌鍋面上，下層圓墊置于滅菌鍋內(nèi)部，緊貼鍋曲面，雙重保障塞子噴出。材質(zhì)上，選取耐高溫、有熱脹冷縮功能的材料，更易于塞緊洞口。

2.物場(chǎng)分析法的改善方案

依據(jù)物場(chǎng)分析法對(duì)密封件密封性不足的問(wèn)題進(jìn)行解決，第一，建立原始物場(chǎng)模型，根據(jù)因果分析發(fā)現(xiàn)四孔橡膠圈處密封性不足的原因之一：孔隙的存在使水蒸氣有泄露的路徑，具體如圖2-(A)所示；第二，通過(guò)查找76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解發(fā)現(xiàn)“引入改進(jìn)的S1來(lái)消除有害作用”適用于解決問(wèn)題，即新增一個(gè)空心橡膠圈，外徑和四孔橡膠圈底部直徑相同、內(nèi)徑能遮住四孔橡膠圈一半的空隙，從而減少蒸汽的暢通，達(dá)到雙重密封的效果；第三，得到該項(xiàng)目解決方案的物場(chǎng)模型，具體見(jiàn)圖2-(B)所示。

圖2 物場(chǎng)模型圖

（二）創(chuàng)新設(shè)計(jì)產(chǎn)品為導(dǎo)向，助力學(xué)生競(jìng)賽斬獲佳績(jī)

我們自2017年開(kāi)始嘗試新的教學(xué)模式，基于課程內(nèi)容設(shè)定不同的設(shè)計(jì)任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生課上形成設(shè)計(jì)方案、課下實(shí)踐完善方案。我們積極指導(dǎo)食品專(zhuān)業(yè)學(xué)生將最終設(shè)計(jì)方案參加專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新競(jìng)賽，兩年間學(xué)生團(tuán)隊(duì)體現(xiàn)出的熱情與成果超出預(yù)期（見(jiàn)表2）。其中我們帶領(lǐng)的一支設(shè)備設(shè)計(jì)類(lèi)產(chǎn)品代表學(xué)校參加2018年安徽省互“聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，首次突破創(chuàng)意組金獎(jiǎng)。

表2 指導(dǎo)學(xué)生參與競(jìng)賽獲獎(jiǎng)情況

四 結(jié)語(yǔ)

食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)注重工程知識(shí)與能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生具備很強(qiáng)的工程設(shè)計(jì)能力、實(shí)操能力和綜合運(yùn)用知識(shí)能力。食品機(jī)械設(shè)計(jì)作為該專(zhuān)業(yè)核心內(nèi)容之一，其設(shè)計(jì)理念及運(yùn)行特點(diǎn)直接影響食品加工的各個(gè)環(huán)節(jié)。創(chuàng)新是食品機(jī)械設(shè)計(jì)的靈魂，而大部分學(xué)生很少真正接觸食品機(jī)械，因此對(duì)食品機(jī)械的整體感知力較差、對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化的想象力不多。本文以改善密封件密封性為例，通過(guò)校企雙師共同指導(dǎo)本科生應(yīng)用TRIZ理論中經(jīng)典方法得到了創(chuàng)新性解決方案，對(duì)增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力起到了顯著作用。此外，課后注重孵化學(xué)生的創(chuàng)意產(chǎn)品，最終獲得了超出預(yù)期的理想效果。學(xué)生在掌握TRIZ理論中幾種方法的要素后，面對(duì)未來(lái)遇到的各種食品工程技術(shù)問(wèn)題，可獨(dú)立找到一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題解決方案，有助于本科生真正成為應(yīng)用型工程創(chuàng)新人才。